Развитие теории гетерозиса у растений

Автор: Волгин В.В., Рыженко Е.Н.

Журнал: Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур @vniimk

Рубрика: Обзорные статьи

Статья в выпуске: 4 (200), 2024 года.

Бесплатный доступ

Явление гетерозиса широко используется в селекции большинства сельскохозяйственных культур. В статье приведены исторические данные открытия этого явления и ряд теорий, объясняющих его происхождение. Основными из них, на которые опираются современная генетика и селекция, являются теории доминирования, сверхдоминирования, генетического баланса, эпистатического взаимодействия генов, экологического гетерозиса, мутационная теория гетерозиса, гипотезы физиологического гетерозиса и становления комбинационной способности. Гетерозис гибридов, как правило, проявляется в первом поколении. К сожалению, к настоящему времени ни одна из гипотез не может полно объяснить природу явления гетерозиса. Возникновение гетерозиса у гибридов первого поколения вызвано как аллельными, так и межаллельными взаимодействиями генов. Проблема закрепления гетерозиса решается за счёт вегетативного размножения и апомиксиса, у автополиплоидов во втором и последующих поколениях расщепление происходит медленнее, чем у диплоидов.

Еще

Гетерозис, доминирование, сверхдоминирование, аддитивное взаимодействие генов, эпистаз, аллельное и межаллельное взаимодействие генов, доминантные и рецессивные гены

Короткий адрес: https://sciup.org/142243653

IDR: 142243653 | DOI: 10.25230/2412-608X-2024-4-200-117-131

Список литературы Развитие теории гетерозиса у растений

Бриггс Ф., Ноулз Н. Научные основы селекции растений. – М.: Колос, 1972. – С. 203.
Турбин Н.В. Гетерозис и генетический баланс // Гетерозис: теория и методы практического использования. – Минск, 1961. – С. 3–34.
Турбин Н.В. Генетика гетерозиса // Наука и техника. – Минск, 1964. – С. 3–23.
Мирюта Ю.П. Пути повышения гетерозиса // Гетерозис в растениеводстве. – Ставрополь: Ставропольское книжное издательство, 1966. – С. 39–70.
Мирюта Ю.П. Цитогенетические приспособления закрепления гетерозиса // Вестник с.-х. науки. – 1967. – № 3. – С. 53–61.
Мирюта Ю.П. Теория гетерозиса и формы гибридного состояния организмов // Генетика и селекция на Украине. – Киев: Наукова думка, 1971. – С. 118.
Югенхеймер Р.У. Кукуруза: улучшение сортов, производство семян, использование. – М.: Колос, 1979. – 519 с.
Турбин Н.В. Гетерозис // Гетерозис служит человеку. – М.: Знание, 1968. – С. 5–17.
Турбин Н.В., Хотылёва Л.В. Гетерозис (сель-скохозяйственных растений) // Цитология и гене-тика. – 1967. – Т. 1. – № 6. – С. 38–50.
Кельрейтер И. Учение о поле и гибридиза-ции растений. – М.-Л.: ОГИЗ-Сельхозгиз, 1940. – С. 62–64, 169–170.
Мендель Г. Опыты над растительными гибридами. – М.: Наука, 1935. – 107 с.
Дарвин Ч. Действие перекрестного опыления и самоопыления в растительном мире. – М.-Л.: ОГИЗ-Сельхозгиз, 1939. – С. 165, 207.
Шелл Дж. Возникновение концепции гетерозиса // Гибридная кукуруза. – М.: Иностранная литература, 1955. – С. 28–72.
Holden P.G. Corn breeding at the University of Illinois, 1895–1900. – Michigan, 1948. – P. 12–13.
Лобашев М.Е. Генетика. – Л.: Издательство Ленинградского университета, 1967. – С. 660–666.
East E.M. Inbreeding in corn // Rep. Connecti-cut Agric. Exp. Station for 1907. – 1908. – P. 419–428.
Shull G.H. The composition of a field maize // Journal of Heredity. – 1908. – Vol. 4. – P. 296–391.
Shull G.H. Duplicate genes for capsule-form in Bursa bursa-pastoris // Abhandlungen. – 1914. – No. 12. – S. 97–149.
East E.M., Hayes H.K. Heterozygosis in evolu-tion and in plant breeding // Bulletin (United States. Bureau of Plant Industry). – 1912. – No. 243. – P. 7–58.
Fisher R.A. The correlation between relatives on the supposition of Mendelian inheritance // Trans. Roy. Soc. Edinburg. – 1918. – No. 52. – P. 399–433.
Mather K. The general basis of heterosis // Proc. Roy. Soc. Series B. Diol. Sci. – 1955. – Vol. 44 (915). – P. 143–150.
East E.M. Heterosis // Genetics. – 1936. – Vol. 21 (4). – P. 375–397.
Emerson S. Biochemical models of heterosis in Neurospora // Heterosis: A record of researches di-rected toward explaining and utilizing the vigor of hy-brids / Ed. by J.W. Gowen et al. – Ames, AI: Iowa State College Press, 1952. – Chap. 12. – P. 199–217.
Stadler L.J. Some observation on gene variabil-ity and spontaneous mutation // The Spragg Memorial Lectures on Plant Breeding. – 1942. – P. 101–104.
Stadler L.J. Genetic studies with ultraviolet ra-diations // Proc. 7th Intern. Congress of Genetics / Ed. by R.C. Punnett. – Cambridge University Press, Cam-bridge, 1939. – P. 269–276.
Stubbe H., Pirschle K. Uber cinen monogen bedingten Fallvon Heterosis bei Antirrhimum majus // Ber. Deutsch. Bot. Ges. – 1940. – Vol. 58. – P. 546–558.
Singleton W.R. Breeding behavior of C30 a di-minutive P39 mutant whose show increased vigor // Genetics. – 1943. – Vol. 28. – P. 89–101.
Gustafson A. The effect of heterozygosity on variability and vigor // Hereditas. – 1946. – Vol. 32 (2). – P. 263–286.
Shuler J.F. Natural mutations in inbred lines of maize and their heterotic effect. I. Comparison of par-ent, mutant and their F1 hybrid in a highly inbred back-ground // Genetics. – 1954. – Vol. 39 (6). – P. 908–922.
Даскалов Х. Состояние теоретических исследований по гетерозису овощных культур и его практическое использование // Гетерозис: теория и практика. – Л., 1968. – С. 152–167.
Doll H. Yield and variability of chlorophyll-mutant heterozygotes in barley // Hereditas. – 1966. – Vol. 66 (2–3). – P. 255–276.
Шумный В.К., Бычков А.Н. Исследование гетерозиготного состояния по трем мутантным генам кукурузы // Цитология и генетика. – Киев, 1971. – Т. 5. – № 3. – С. 209–213.
Сидорова К.К. Влияние на развитие орга-низма разных типов мутаций в гомозиготном и ге-терозиготном состоянии (на примере мутаций го-роха) // Генетика. – 1975. – № 1. – С. 35–46.
Турбин Н.В. Генетика гетерозиса и методы селекции растений на комбинационную способность // Генетические основы селекции растений. – М.: Наука, 1971. – С. 30–41, 112–155.
Бороевич С. Принципы и методы селекции растний. – М.: Колос, 1984. – 235 с.
Richey F.D., Sprague G.F. Experiments on hy-brid vigor and convergent improvement in corn // Technical Bulletins of U.S. Dept. Agr., Econ. Serv. – 1931. – No. 267. – P. 1–22.
Haes H.K., Rinke E.H., Tsiang Y.S. Experi-mental study of convergent improvement and backrossing in corn // Tech. Bull. Univ. Minn. Agr. Exp. Stat. – 1946. – No. 172. – P. 3–40.
Хотылева Л.В. Селекция гибридной кукурузы // Принципы и методы селекции на комбина-ционную способность. – Минск: Наука и техника, 1965. – 168 с.
Трофимов В.А. Особенности проявления гетерозиса по некоторым хозяйственно ценным при-знакам при линейных скрещиваниях кукурузы // Вопросы генетики, селекции и семеноводства. – Одесса, 1968. – Вып. 8. – С. 318–327.
Шахбазов В.Г. Гетерозис – явление общебиологическое // Генетика. – 1974. – Т. 10. – № 4. – С. 153–154.
Nillson-Ehle H. Kreuzungsuntersuchungen an Hafer und Weizen // Lunds Universitets Arsskrift. –1909. – Afd. 2. – Bd. 5. – Nr. 2. – 124 s.
Bruce A.B. The Mendelian theory of heredity and the augmentation of vigor // Science. – 1910. – 32. – P. 627–628.
Keeble F., Pellew C.J. The mode of inheritance of stature and of time of flowering in peas (Pisum sa-tivum) // Genetics. – 1910. – Vol. 1. – P. 47–56.
Emerson R.A., East E.M. The inheritance of quantitative characters in maize // Res. Bull. Agr. Exp. Stat. Nebr. – 1913. – No. 2. – P. 37–38.
Shull G.H. The genotypes of maize // Amer. Nat. – 1911. – Vol. 45. – No. 2. – P. 234–252.
Jones D.F. The effects of inbreeding and cross-breeding upon development // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1918. – Vol. 4 (8). – P. 246–250.
Collins G.N. Dominance and the vigor of first generation hybrids // Amer. Nat. – 1921. – P. 116–133.
Брюбейкер Дж.Л. Сельскохозяйственная ге-нетика. – М.: Колос, 1966. – С. 203.
Richey F.D. Bruce’s explanation of hybrid vigor // J. Heredity. – 1945. – Vol. 36 (8). – P. 243–245.
Jones D.F. Dominance of linked factors as means of accounting for heterosis // Genetics. – 1917. – Vol. 2 (5). – P. 466–479.
Johnson R.T. Combining ability in Zea mays as related to generations of testing: Ph.D. Thesis. – Univ. Minn., 1950. – P. 130–138.
Robbins F.D. Hybrid nutritional requirement // Heterosis: A record of researches directed toward ex-plaining and utilizing the vigor of hybrids / Ed. by J.W. Gowen et al. – Ames, AI: Iowa State College Press, 1952. – Chap. 7. – P. 114.
Хаджинов М.И. О методах селекции и семеноводства гибридной кукурузы // Сб. работ Всесо-юзного совещания по производству гибридных се-мян кукурузы. – М., 1956. – C. 108–120.
Галеев Г.С. Современное состояние и задачи использования гетерозиса у кукурузы // Гетерозис в растениеводстве. – Л.: Колос, 1968. – C. 135.
Соколов Б.П. Методы и результаты работ по селекции холодостойких гибридов кукурузы // Гетерозис в растениеводстве. – Л.: Колос, 1968. – C. 146–151.
Crow J.F. Dominance and overdominance // Heterosis: A record of researches directed toward ex-plaining and utilizing the vigor of hybrids / Ed. by J.W. Gowen et al. – Ames, AI: Iowa State College Press, 1952. – Chap. 18. – P. 282–297.
Atwood S.S., Sullivan J.T. Inheritance of a cy-anogenetic glucoside and its hydrolyzing enzyme in Trifolium repens // J. Heredity. – 1943. – Vol. 34 (10). – P. 311–312.
Sprague G.F., Tatum L.A. General vs specific combining ability in single crosses of corn // Agron-omy. – 1942. – V. 34. – No. 10. – P. 923–932.
Haldane J.B.C. The time of actions of genes and its bearing on some evolutionary problems // Am. Natural. – 1932. – Vol. 66. – P. 5–24.
Crow J.F. Alternative hypothesis of hybrid vigor // Genetics. – 1948. – Vol. 33 (5). – P. 477–487.
Rendel J.M. Heterosis // Am. Naturalist. – 1953. – Vol. 87. – P. 129–138.
Dobzhansky Th. Natura and origin of heterosis // Heterosis: A record of researches directed toward ex-plaining and utilizing the vigor of hybrids / Ed. by J.W. Gowen et al. – Ames, AI: Iowa State College Press, 1952. – Chap. 13. – P. 218–223.
Lerner I.M. Genetic homeostasis. – Edinburgh: Oliver and Boyd, 1954. – P. 143.
Турбин Н.В. Гетерозис // Актуальные во-просы современной генетики. – М.: Изд-во МГУ, 1966. – С. 434, 448–449.
Кирпичников В.С. Значение гетерозиготно-сти и гетерозиса в эволюции и селекции животных // Гетерозис: теория и практика. – Л.: Колос, 1968. – C. 239–255.
Гужов Ю.Л. Гетерозис и урожай. – М.: Колос, 1969. – 223 с.
Шмальц Х. Селекция растений. – М.: Колос, 1973. – С. 124, 178.
Wagner R.P. Genetic and phenogenetic of mi-tochondrias // Science. – 1969. – Vol. 163 (3871). – P. 1026–1031.
Гуляев Г.В., Гужов Ю.Л. Селекция и семеноводство полевых культур. – М.: Колос, 1978. – 440 с.
Jones D.F. Plasmogenes and chromogenes in relation to heterosis // Heterosis: A record of re-searches directed toward explaining and utilizing the vigor of hybrids / Ed. by J.W. Gowen et al. – Ames, AI: Iowa State College Press, 1952. – Chap. 14. – P. 58–69.
Lewis D. Comparative incompatibility in angi-osperms and fungi // Advances in genetics. – 1954. – Vol. 6. – P. 235–285.
Dobzhansky Th. A review of some fundamental concepts and problems of population genetics // Cold Spring Harbor Symposium on quantitative Biology. – 1955. – Vol. 20. – P. 1–34.
Куперман Ф.Ю. К вопросу о физиологиче-ской природе гетерозиса // Кукуруза. – 1960. – № 10. – C. 24–28.
Мирюта Ю.П. О генетической сущности ге-терозиса // Гетерозис в растениеводстве. – Ставро-поль: Ставропол. книж. изд-во, 1966. – С. 21–37.
Конарев В.Г. Биохимические и молекулярно-генетические аспекты гетерозиса // Вестник с.-х. науки. – 1974. – № 12. – C. 1–10.
Мацков Ф.Ф., Манзюк С.Г. О возможности прогноза проявления гетерозиса у гибридов кукурузы // Тр. Укр. НИИ растениеводства, селекции и генетики. – Киев, 1959. – T. 4. – C. 199–209.
Манзюк С.Г., Закревская Л.Е. Получение гетерозисных гибридов кукурузы путем скрещивания физиологически разнокачественных линий // Гетерозис в растениеводстве. – Л.: Колос, 1968. – C. 210–214.
Северин В.И. Стимулирующее действие высокополимерной ДНК при инокуляции семян кукурузы экстрактами из проростков ячменя // Научные труды по с.-х. биологии. – Одесса, 1972. – С. 123–124.
MacКey J. Genetic and evolutionary principles of heterosis // Heterosis in Plant Breeding: Proc. 7th Congr. EUCARPIA, Budapest, June 24–29, 1974. – P. 336–364.
Омаров Д.С. К методике учета и оценки гетерозиса у растений // Сельскохозяйственная биология. – М.: Колос, 1975. – Т. 10. – № 1. – C. 123–127.
Fasoulas A. The application of genetics to plant breeding: PhD Thesis. – Saloniki, 1978. – 47 p.
Молчан И.М. Генетические системы семенного размножения, механизмы и использование гетерозиса // Гетерозис. – Минск, 1982. – C. 143.
Гуляев Г.В. Генетика. – М.: Колос, 1984. – C. 283, 295.
Cтрунников В.А. Новая гипотеза гетерозиса: её научное и практическое значение // Вестник с.- х. науки. – М.: Колос, 1983. – № 1. – C. 34–40.
Филатов Г.В. Гетерозис: физиолого-генети-ческая природа. – М.: Агропромиздат, 1988. – 97 с.
Драгавцев В.А., Литун П.П., Шкель Н.М. Нечипоренко Н.Н. Модель эколого-генетического контроля количественных признаков растений // Доклады АН СССР. – 1984. – Т. 274. – № 3. – С. 720–723.
Ибрагимов Р.И., Ахметов Р.Р. Гетерогенность и активность протеолитических ферментов и их ингибиторов кукурузы // 2-е Всесоюзное совещание «Генетика развития». – Ташкент, 1990. – Т. 1. – Ч. 1. – С. 60–61.
Петухов С.Н., Акулиничев В.Ф. О подборе пар для скрещивания сельскохозяйственных растений, размножаемых вегетативно // Селекция и семеноводство. – 1977. – № 3. – С. 10–11.
Способ закрепления гетерозиса гибридов в последующих поколениях: Патент N 2153253 Россия, МПК 07 К 67/00, А 01 К 67/04 / Струнникова Л.В., Струнников В.А. Институт биол. развития им. Н.К. Кольцова РАН. N 99112784/1344/13; За-явл. 11.06.99; Опубл. 27.03.00. Бюл. № 21.
Шаптуренко М.Н., Хотылёва Л.В. Гетерозис: современные тенденции в изучении молекулярных механизмов // Вавиловский журнал гене-тики и селекции. – 2016. – № 20 (5). – С. 683–691.
Melchinger A.E. Genetic diversity and hetero-sis // Genetics and exploitation heterosis in crops. – Madison, Wisconsin, USA, 1999. – P. 99–118.
Lefort-Busson M., de Vienne D. Distances gé-nétiques et hétérosis. 1. Mise en évidence d’une rela-tion entre hétérosis et divergence génétique // In: Les distances génétigues. Estimations et applications. – INRA, Paris, 1985a. – P. 111–118.
De Vienne D. Les marqueurs moléculaires en génétique et biotechnologies végétales. – INRA, Paris, 2002. – P. 4–16.
Smith O.S., Smith S.C., Boven S.L., Tenborg R.A., Wall S.J. Similarities among a group of elite maize inbred as measured by pedigree, F1 grain yield, heterosis and RFLPS // Theor. Appl. Genet. – 1990. – 80. – P. 833–840.
Chesnokov Yu.V., Shutov A.D. 11S seed storage globulins: Are they reliable as molecular markers? // Recent Research Development in Genetics and Breed-ing. – 2004. – Vol. 1. – P. 181–194.
Чесноков Ю.В., Шутов А.Д. Запасные 11S – глобулины семян как альтернатива ДНК-маркерам // Доклады Россельхозакадемии. – 2006. – № 3. – С. 7–11.
Паритов А.А., Тхагапсоева Р.В., Кажарова О.С., Базиева С.К. Современные методы исследования самоопылённых линий кукурузы // Совре-менные проблемы науки и образования. – 2016. – № 3. – С. 395–399.
Сатина Т.Г. Технология генотипирования на основе микросателлитного анализа в селекции рапса Brassica napus L.: автореф. дис. … канд. биол. наук. – М., 2010. – 21 с.
Clarke W.E., Parkin I.A., Gajardo H.A., Ger-hardt D.J., Higgins E. [et al.]. Genomic DNA enrich-ment using capture microarrays: a novel approach for discover sequence nucleotide polymorphisms (SNP) in Brassica napus L. // PLOS One. – 2013. – No. 8 (12). DOI: 10.1371/journal.pone.0081992.
Тихобаева В.Е. ДНК-маркеры для оценки полиформизма селекционно-ценных признаков подсолнечника: Helianthus L.: автореф. дис. … канд. биол. наук. – Санкт-Петербург, 2013. – 26 с.
Карабицина Ю.И. Генетическое разнообразие линий и наследование признака восстановления фертильности пыльцы подсолнечника (Helianthus annuus L.) при ЦМС-PET1: автореф. дис. … канд. биол. наук. – СПб., 2020. – 24 с.
Кильчевский А.В., Хотылёва Л.В., Тарутина Л.А., Шаптуренко М.Н. Гетерозис в селекции сельскохозяйственных растений // Молекулярная и прикладная генетика. – Минск, 2008. – Т. 8. – C. 1–18.

Еще

Статья обзорная